隧道衬砌混凝土/岩石组合体动力学特性数值模拟研究

为探讨混凝土-花岗岩组合体的动态破坏机理,采用LS-DYNA软件建立分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,模拟了组合体在不同冲击荷载、主动围压、节理接触面积(JMC)、锯齿形状和界面倾角下的σ-ε关系、强度特性和能量特性.结果表明:组合体的抗压强度与围压、JMC和冲击压强呈正相关,随界面倾角α的增大(0°→90°)呈"U"形变化,倾角α接近材料破坏角45°时组合体破坏最严重,耗散能最大;界面的存在使得应力波在混凝土-岩石试件中传播更为复杂,组合体动态峰值抗压强度的大小主要取决于混凝土,具有明显的应变率、围压增强效应;同一入射能作用下,其值接近组合材料屈服极限时,混凝土-花岗岩、花岗岩-混凝土组合体和混凝土单体的反射能接近,相比混凝土单体,波阻抗大的岩单体透射能大,吸收能小;组合体破碎形态主要表现为混凝土的劈裂和压剪破坏.研究结果有助于理解组合岩层的动态破坏规律.